IT202100031298A1

IT202100031298A1 - Wearable exoskeleton device with active trunk support joint and related control method

Info

Publication number: IT202100031298A1
Application number: IT102021000031298A
Authority: IT
Inventors: Laura Gastaldi; Stefano Paolo Pastorelli; Elisa Panero
Original assignee: Torino Politecnico
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-14

Description

Descrizione di brevetto per invenzione industriale dal titolo: Patent description for industrial invention entitled:

?Dispositivo indossabile a esoscheletro con giunto attivo di supporto del tronco e relativo metodo di controllo? ?Exoskeleton wearable device with active trunk support joint and its control method?

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L?invenzione riguarda, sotto un profilo pi? generale, i dispositivi indossabili per l?assistenza nei movimenti delle persone, in particolare ma non esclusivamente del tipo denominato esoscheletro. The invention concerns, from a more in general, wearable devices to assist in the movement of people, in particular but not exclusively of the type called exoskeleton.

Come ? noto, quest?ultimo ? una struttura che viene applicata a contatto con il corpo o con una parte di esso, per potenziarne o assistere le prestazioni ad esempio in termini di forza e/o velocit? dei movimenti. As ? known, the latter? a structure that is applied in contact with the body or with a part of it, to enhance or assist its performance, for example in terms of strength and/or speed? of movements.

A tal fine essa viene fissata in alcuni punti del corpo, soprattutto in corrispondenza delle articolazioni, ad esempio tra il bacino e le gambe, tra le spalle ed il braccio o altro, ed ? azionata da dispositivi passivi (ad esempio molle, tiranti elastici ecc.) o dispositivi attivi (ad esempio attuatori elettrici, pneumatici ecc.) che, anche tramite eventuali sistemi di trasmissione meccanici (che possono comprendere, ad esempio, rotismi, pulegge, cavi, cinghie ecc.), operano il movimento di una parte dell?esoscheletro associata al corpo dell?utilizzatore ed il trasferimento di forze e coppie tra le parti e tra queste ed il corpo. Questo genere di dispositivi trova applicazione in differenti ambiti, tra cui clinico, industriale e militare. In ambito clinico gli esoscheletri hanno funzione di assistenza e ripristino delle funzionalit? per le persone con difficolt? motorie, quali i pazienti con deficit motori e/o in fase di rieducazione a seguito di malattie o incidenti; in ambiente industriale sono stati introdotti con la principale funzione di sussidio per alleviare la fatica durante alcune operazioni fisiche come quelle svolte per lungo tempo in posizioni non agevoli sulle catene di montaggio, oppure per il sollevamento di pesi; infine, in ambito militare, questi dispositivi svolgono la funzione di potenziamento delle prestazioni fisiche dell?utente. For this purpose it is fixed in some points of the body, especially in correspondence with the joints, for example between the pelvis and the legs, between the shoulders and the arm or other, and? operated by passive devices (for example springs, elastic rods etc.) or active devices (for example electric, pneumatic actuators etc.) which, also through any mechanical transmission systems (which may include, for example, gear trains, pulleys, cables, straps etc.), operate the movement of a part of the exoskeleton associated with the user's body and the transfer of forces and torques between the parts and between them and the body. This type of device finds application in different fields, including clinical, industrial and military. In the clinical field, exoskeletons have the function of assistance and restoration of functionality? for people with difficulties? motor, such as patients with motor deficits and/or undergoing re-education following illnesses or accidents; in the industrial environment they were introduced with the main function of aid to relieve fatigue during some physical operations such as those carried out for a long time in uncomfortable positions on assembly lines, or for lifting weights; finally, in the military field, these devices perform the function of enhancing the user's physical performance.

Nei dispositivi indossabili di tipo passivo il sistema di attuazione applica forze ai vari segmenti del corpo, come gli arti inferiori o quelli superiori, in modo conforme con quello dei movimenti anatomici sfruttando le propriet? di componenti elastici o viscoelastici. Nei dispositivi indossabili di tipo attivo l?assistenza viene fornita e modulata da mezzi di attuazione genericamente denominati motori, associati a sistemi di controllo e apparati di trasmissione meccanica. In passive wearable devices, the actuation system applies forces to the various segments of the body, such as the lower or upper limbs, in a manner compliant with that of anatomical movements by exploiting the properties of elastic or viscoelastic components. In active wearable devices, assistance is provided and modulated by actuation means generically called motors, associated with control systems and mechanical transmission devices.

La trasmissione della forza alle parti del corpo deve essere il pi? possibile graduale e conforme al movimento del corpo e alle sollecitazioni da esso sopportabili. The transmission of force to the body parts must be as efficient as possible. as gradual as possible and in accordance with the movement of the body and the stresses it can bear.

La presente invenzione appartiene alla categoria dei dispositivi indossabili di tipo attivo, anche chiamati dispositivi robotici indossabili, la cui principale funzione ? quella di ridurre in parte o totalmente il carico articolare e lo sforzo fisico dell?utente a livello lombare durante lo svolgimento di compiti che richiedono movimenti di flesso/estensione del tronco, anche con contemporanea manipolazione di un carico esterno, quali ad esempio compiti di lavoro industriali che prevedono il sollevamento e la manipolazione di oggetti o il mantenimento di una postura con tronco flesso. The present invention belongs to the category of active wearable devices, also called wearable robotic devices, whose main function is? that of partially or totally reducing the joint load and physical effort of the user at the lumbar level while carrying out tasks that require flexion/extension movements of the trunk, even with simultaneous manipulation of an external load, such as work tasks industrial activities that involve lifting and manipulating objects or maintaining a posture with a flexed trunk.

Il supporto dell?esoscheletro, di conseguenza, assume un ruolo fondamentale nella prevenzione, sicurezza e limitazione dei rischi dell?utilizzatore. The support of the exoskeleton, consequently, takes on a fundamental role in the prevention, safety and limitation of risks for the user.

Attualmente, la maggior parte delle soluzioni tecnologiche indossabili presenti sul mercato consentono la riduzione dello sforzo durante la flesso/estensione del tronco, anche eventualmente con manipolazione di un carico esterno, grazie a sistemi meccanici passivi (molle meccaniche, molle a gas, bande elastiche, ecc.). Tuttavia, la modulazione dell?assistenza risulta definita in base alla caratteristica del dispositivo elastico ed alla sua impostazione e taratura iniziale. Currently, most of the wearable technological solutions on the market allow the reduction of effort during the flexion/extension of the trunk, even possibly with manipulation of an external load, thanks to passive mechanical systems (mechanical springs, gas springs, elastic bands, etc.). However, the modulation of the assistance is defined based on the characteristic of the elastic device and its initial setting and calibration.

Esistono anche soluzioni attive nelle quali l?azione di supporto ? fornita mediante attuatori (motori pneumatici o elettrici), che consentono una modulazione dell?azione di supporto in funzione di variabili biometriche e/o biomeccaniche. In questi casi, la modulazione del supporto viene definita sulla base dell?attivazione muscolare, misurata tramite biosensori elettromiografici, o sulla misura della flessione del tronco. In questo secondo caso, la sensoristica pu? essere integrata nel sistema di azionamento (ad esempio encoder su asse attuatore) oppure esterna all?esoscheletro (ad esempio sensore inerziale applicato a livello del tronco). There are also active solutions in which the support action is provided through actuators (pneumatic or electric motors), which allow modulation of the support action based on biometric and/or biomechanical variables. In these cases, the modulation of the support is defined on the basis of muscle activation, measured using electromyographic biosensors, or on the measurement of trunk flexion. In this second case, sensors can be integrated into the drive system (for example encoder on the actuator axis) or external to the exoskeleton (for example inertial sensor applied at trunk level).

L?assistenza viene cos? definita in funzione del solo movimento di flesso/estensione del tronco e/o di attivazione muscolare. This is how assistance comes defined based only on the flexion/extension movement of the trunk and/or muscle activation.

Le soluzioni con biosensori elettromiografici richiedono il posizionamento di elettrodi a diretto contatto con la cute e quindi complesse e lunghe operazioni di vestizione, nonch? un?importante elaborazione del segnale acquisito per applicazioni real-time. Solutions with electromyographic biosensors require the positioning of electrodes in direct contact with the skin and therefore complex and time-consuming dressing operations, as well as an important processing of the acquired signal for real-time applications.

Le attuali soluzioni basate su misure biomeccaniche, invece, definiscono l?assistenza su un?unica misura di angolo di flessione del tronco o rispetto ad un riferimento assoluto (fisso rispetto al terreno), o una flessione relativa tronco-gambe. Current solutions based on biomechanical measurements, however, define assistance on a single measurement of trunk flexion angle or with respect to an absolute reference (fixed with respect to the ground), or a relative trunk-leg flexion.

Gli unici recenti studi che presentano la combinazione di due sensori angolari (sensore inerziale a livello del tronco ed encoder a livello dell?anca) introducono il secondo sensore per il riconoscimento del movimento di deambulazione, ma non differenziano l?assistenza in base alle strategie di coordinamento articolare durante movimenti diversi. The only recent studies that present the combination of two angular sensors (inertial sensor at the trunk level and encoder at the hip level) introduce the second sensor for the recognition of the walking movement, but do not differentiate the assistance based on the joint coordination during different movements.

Esempi di esoscheletri noti realizzati secondo quanto sopra spiegato sono riportati nella domanda di brevetto internazionale WO 2018/034128, nelle domande di brevetto cinesi CN 109623782 e CN 109940594; esistono poi molte pubblicazioni scientifiche, accademiche e tecniche sull?argomento (per tutte si segnalano: Examples of known exoskeletons made according to what has been explained above are reported in the international patent application WO 2018/034128, in the Chinese patent applications CN 109623782 and CN 109940594; There are also many scientific, academic and technical publications on the subject (all of which include:

, "Development of HAL for lumbar support", SCIS & ISIS SCIS & ISIS 2010. 2010; , "Development of HAL for lumbar support", SCIS & ISIS SCIS & ISIS 2010. 2010;

"Singular wire-driven series elastic actuation with force control for a waist assistive exoskeleton, H-WEXv2." IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 25.2 (2020): 1026-1035; "Rationale, implementation and evaluation of assistive strategies for an active back-support exoskeleton." Frontiers in Robotics and AI 5 (2018): 53). “Singular wire-driven series elastic actuation with force control for a waist assistive exoskeleton, H-WEXv2.” IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 25.2 (2020): 1026-1035; "Rationale, implementation and evaluation of assistive strategies for an active back-support exoskeleton." Frontiers in Robotics and AI 5 (2018): 53).

In questo ambito generale, l?invenzione riguarda in particolare i dispositivi indossabili per l?assistenza nei movimenti delle persone, destinati al supporto del tronco ovvero della parte superiore del corpo umano. In this general context, the invention particularly concerns wearable devices for assisting people's movements, intended for supporting the trunk or upper part of the human body.

Il dispositivo ? quindi atto ad essere posizionato coassialmente rispetto all?anca dell?utente e ad interagire fornendo una spinta di assistenza a livello del tronco e della coscia. Per questo motivo, risulta integrabile all?interno di una struttura di esoscheletro comprendente almeno un primo supporto rigido a livello del tronco (es. barre e imbottitura o pad di interfaccia), un secondo supporto rigido a livello dell?arto inferiore (barra e imbottitura o pad di interfaccia) ed una cintura pelvica adattabile. The device ? therefore capable of being positioned coaxially with respect to the user's hip and interacting by providing an assistive thrust at the level of the trunk and thigh. For this reason, it can be integrated within an exoskeleton structure comprising at least a first rigid support at trunk level (e.g. bars and padding or interface pad), a second rigid support at lower limb level (bar and padding or interface pad) and an adaptable pelvic belt.

Nella prima figura dei disegni annessi ? mostrato schematicamente un dispositivo 1 ad esoscheletro indossato dall?utente P, del tipo noto appena menzionato. In the first figure of the attached drawings? Schematically shown is an exoskeleton device 1 worn by user P, of the known type just mentioned.

Il dispositivo 1 comprende tre parti principali: una cintura pelvica 2, ancorata direttamente alle pelvi dell?utilizzatore, un supporto 4 per il tronco che permette l?interazione con il torace dell?utilizzatore, due supporti 6 per le gambe, che permettono l?interazione con le cosce dell?utilizzatore. The device 1 includes three main parts: a pelvic belt 2, anchored directly to the user's pelvis, a support 4 for the trunk which allows interaction with the user's chest, two supports 6 for the legs, which allow interaction with the user's thighs.

Il dispositivo 1 comprende due giunti motorizzati 3 disposti all?altezza delle articolazioni delle anche, mediante i quali provvede alla riduzione del carico articolare e dello sforzo muscolare del rachide durante la flesso/estensione del busto. The device 1 includes two motorized joints 3 arranged at the height of the hip joints, through which it provides for the reduction of the joint load and the muscular effort of the spine during the flexion/extension of the torso.

I giunti 3 comprendono rispettivi motori elettrici che forniscono una coppia agente tra il supporto 4 a contatto con il tronco ed i supporti 6 a contatto con le gambe. The joints 3 include respective electric motors which provide a torque acting between the support 4 in contact with the trunk and the supports 6 in contact with the legs.

L?esoscheletro 1 pu? prevedere inoltre un sistema di cinghie con spallacci, anche disposti nella parte posteriore del tronco (non mostrati nella figura 1) per favorire il mantenimento del contatto tra supporto 4 e tronco, e sistemi di cinghie (non mostrati nella figura 1) per favorire il mantenimento del contatto tra supporti 6 e gambe, fornendo opportuna assistenza ai movimenti della persona P. The exoskeleton 1 can also provide a system of straps with shoulder straps, also arranged in the rear part of the trunk (not shown in figure 1) to help maintain contact between support 4 and the torso, and strap systems (not shown in figure 1) to help maintain of the contact between supports 6 and legs, providing appropriate assistance to the movements of the person P.

I segnali su cui si basa il controllo e la definizione dell?assistenza ai movimenti della persona P, sono di solito l?attivazione dei muscoli lombari, misurata tramite elettrodi, e l?angolo di tronco, misurato con un accelerometro. The signals on which the control and definition of assistance to the movements of person P are based are usually the activation of the lumbar muscles, measured via electrodes, and the trunk angle, measured with an accelerometer.

In alternativa sono noti sistemi in cui il controllo dei movimenti ? basato sul monitoraggio dell?angolo relativo tra tronco e gambe tramite un encoder integrato nel sistema di attuazione, e dell?accelerazione del tronco mediante un sensore accelerometrico, incorporato nell?esoscheletro o comunque fissato al tronco. Alternatively, are there known systems in which the control of movements? based on monitoring the relative angle between the trunk and legs via an encoder integrated into the actuation system, and the acceleration of the trunk via an accelerometer sensor, incorporated into the exoskeleton or otherwise fixed to the trunk.

Queste soluzioni note sebbene siano in grado di offrire l?assistenza richiesta ai movimenti delle persone, presentano alcuni limiti in quanto non sono in grado di fornire una azione soddisfacente per quanto riguarda i moti relativi tra il tronco e le gambe durante differenti movimenti eseguiti dall?utente. Although these known solutions are able to offer the assistance required for people's movements, they present some limitations as they are not able to provide satisfactory action regarding the relative motions between the trunk and the legs during different movements performed by the body. user.

? questo il caso, ad esempio, quando un utente ? in condizione accovacciata o semiaccovacciata (c.d. squat o semi-squat) o con busto inclinato e gambe tese (c.d. stoop) per sollevare dei pesi da terra; si pensi indicativamente a qualcuno che deve raccogliere degli oggetti da terra e riporli in uno scaffale oppure caricarli su un mezzo di trasporto. ? this is the case, for example, when a user ? in a crouched or semi-crouched condition (so-called squat or semi-squat) or with an inclined torso and straight legs (so-called stoop) to lift weights from the ground; think approximately of someone who has to pick up objects from the ground and place them on a shelf or load them onto a means of transport.

L?esoscheletro con il sensore accelerometrico non ? in grado di distinguere quando il movimento di flessione ed estensione del tronco ? eseguito con gambe distese o gambe flesse. The exoskeleton with the accelerometer sensor is not able to distinguish when the flexion and extension movement of the trunk is? performed with extended legs or bent legs.

Infatti, il sensore accelerometrico percepisce l?inclinazione del tronco della persona e relativi cambiamenti rispetto al terreno, ma non ? in grado di distinguere l?angolo tra tronco e cosce. In fact, the accelerometer sensor perceives the inclination of the person's trunk and related changes with respect to the ground, but it is not able to distinguish the angle between the trunk and the thighs.

Anche l?esoscheletro con un encoder integrato nel sistema di attuazione non ? in grado di distinguere quando il movimento di flessione ed estensione del tronco ? eseguito con gambe distese o gambe flesse. Even the exoskeleton with an encoder integrated into the actuation system is not ? able to distinguish when the flexion and extension movement of the trunk is? performed with extended legs or bent legs.

Infatti, l?encoder integrato nel sistema di attuazione percepisce l?inclinazione del tronco rispetto alle cosce, ma non ? in grado di percepire se il busto si trova in posizione eretta o inclinata. In fact, the encoder integrated into the actuation system perceives the inclination of the trunk with respect to the thighs, but it is not able to perceive whether the torso is in an upright or inclined position.

In entrambi i casi sopra descritti l?esoscheletro non ? in grado di identificare la posizione dell?utente distinguendo ad esempio tra stoop, semi-squat e squat. In both cases described above the exoskeleton is not able to identify the user's position by distinguishing for example between stoop, semi-squat and squat.

Alla luce di questa situazione si pu? pertanto dire che il problema tecnico alla base dell?invenzione sia quello di mettere a disposizione un dispositivo indossabile del tipo a esoscheletro come sopra indicato, con caratteristiche strutturali e funzionali tali da superare gli inconvenienti evidenziati dallo stato della tecnica nota considerato in precedenza. In light of this situation, can we? therefore say that the technical problem underlying the invention is to provide a wearable device of the exoskeleton type as indicated above, with structural and functional characteristics such as to overcome the drawbacks highlighted by the state of the known art considered previously.

L?idea di soluzione di tale problema consiste nel predisporre un dispositivo capace di riconoscere correttamente il coordinamento articolare e la strategia di movimento attuati dall?operatore, misurando almeno due angoli compresi tra i segmenti tronco-pelvi-cosce (ottenendo il terzo come supplementare della combinazione dei due misurati). The idea of solving this problem consists in preparing a device capable of correctly recognizing the joint coordination and movement strategy implemented by the operator, measuring at least two angles between the trunk-pelvis-thigh segments (obtaining the third as additional to the combination of the two measurements).

Inoltre, valutando la velocit? angolare si pu? differenziare tra la fase di flessione, durante la quale il supporto da parte del dispositivo deve essere ridotto in modo da non ostacolare l?utente durante il movimento, e la fase di estensione, dove la muscolatura della schiena si attiva per poter sollevare il busto fino a riportarlo in una posizione eretta e il contributo richiesto da parte del dispositivo pu? essere maggiore. Furthermore, evaluating the speed? can it be angular? differentiate between the flexion phase, during which the support from the device must be reduced so as not to hinder the user during the movement, and the extension phase, where the back muscles are activated to be able to lift the torso up to bring it back to an upright position and the contribution required by the device can? be greater.

In aggiunta, separando il contributo di assistenza in due differenti sistemi di attuazione, ciascuno posizionato in corrispondenza di ciascuna anca dell?utente, vi ? la possibilit? di mantenere indipendenti i due lati destro e sinistro e differenziare l?assistenza anche in caso di asimmetria. In addition, by separating the assistance contribution into two different actuation systems, each positioned at each user's hip, there is the possibility? to keep the two left and right sides independent and differentiate assistance even in the event of asymmetry.

Le caratteristiche del dispositivo indossabile a esoscheletro dell?invenzione sono enunciate specificamente nelle rivendicazioni annesse a questa descrizione. The characteristics of the wearable exoskeleton device of the invention are specifically set out in the claims attached to this description.

Tali caratteristiche, gli effetti che ne derivano ed i vantaggi conseguiti dall?invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione che viene di seguito riportata di un suo possibile esempio di realizzazione, mostrato nei disegni allegati forniti a titolo indicativo e non limitativo in cui: These characteristics, the resulting effects and the advantages achieved by the invention will be more clear from the description given below of a possible example of its implementation, shown in the attached drawings provided for indicative and non-limiting purposes in which:

Fig. 1 mostra schematicamente una applicazione di un dispositivo indossabile a esoscheletro, secondo la tecnica nota; Fig. 1 schematically shows an application of a wearable exoskeleton device, according to the known art;

Fig. 2 mostra un dispositivo indossabile a esoscheletro, in accordo con l?invenzione; Fig. 3 mostra un giunto del dispositivo indossabile in accordo con l?invenzione; Fig. 2 shows a wearable exoskeleton device, in accordance with the invention; Fig. 3 shows a joint of the wearable device in accordance with the invention;

Fig. 4 mostra uno schema di funzionamento del giunto di fig.3; Fig. 4 shows an operating diagram of the joint in fig.3;

Fig. 5 mostra una sezione trasversale del giunto di fig.3; Fig. 5 shows a cross section of the joint in fig.3;

Fig. 6 mostra una vista in esploso del giunto delle figure 3 e 5 precedenti. Fig. 6 shows an exploded view of the joint of figures 3 and 5 above.

Con riferimento alle figure appena elencate, la seconda di esse mostra un dispositivo indossabile, tipo esoscheletro, complessivamente indicato con il riferimento numerico 10. With reference to the figures just listed, the second of them shows a wearable device, such as an exoskeleton, generally indicated with the numerical reference 10.

Il dispositivo ? del tipo a esoscheletro destinato al supporto dei movimenti di una persona e comprende tre parti principali: una cintura pelvica 12, allacciata in vita all?utilizzatore, un supporto 14 per il tronco, collegato a dei giunti 13 con una coppia di aste 15, che permette l?interazione con il dorso (schiena) dell?utilizzatore, un supporto 16 per ciascuna gamba, che permette l?interazione con le cosce dell?utilizzatore. Al fine di favorire la corretta trasmissione di forze dal dispositivo 10 alla persona P che lo indossa, il supporto per il tronco viene mantenuto a contatto con il dorso per mezzo delle cinghie con spallacci 17, che, fissate al supporto stesso, avvolgono il tronco dell?utilizzatore; analogamente, sui supporti 16 delle cosce sono presenti dei cosciali 18 per assicurarli alle cosce. The device ? of the exoskeleton type intended to support a person's movements and includes three main parts: a pelvic belt 12, fastened at the user's waist, a support 14 for the trunk, connected to joints 13 with a pair of rods 15, which allows interaction with the dorsum (back) of the user, a support 16 for each leg, which allows interaction with the user's thighs. In order to facilitate the correct transmission of forces from the device 10 to the person P who wears it, the trunk support is kept in contact with the back by means of the straps with shoulder straps 17, which, fixed to the support itself, wrap the trunk of the ?user; similarly, on the thigh supports 16 there are leg straps 18 to secure them to the thighs.

Il dispositivo indossabile 10 comprende una coppia di giunti motorizzati 13 in accordo con l?invenzione, disposti da ciascun lato all?altezza dell?articolazione delle anche e destinati alla riduzione del carico articolare e dello sforzo muscolare della colonna vertebrale, durante i movimenti di flessione ed estensione del busto. The wearable device 10 includes a pair of motorized joints 13 in accordance with the invention, arranged on each side at the height of the hip joint and intended for reducing the joint load and the muscular strain of the spinal column, during flexion movements and torso extension.

I giunti 13 sono uguali tra loro e pertanto nel seguito se ne descriver? uno solo con riferimento alle relative figure 3, 4, 5 e 6 in quanto ci? che verr? spiegato sar? valido anche per l?altro. The joints 13 are equal to each other and therefore will be described below. only one with reference to the relative figures 3, 4, 5 and 6 as there? what will come? will it be explained? also valid for the other.

Ciascun giunto 13 comprende un sistema motoriduttore 20 composto da un motore elettrico 21 accoppiato con un riduttore armonico 22, in modo da garantire limitato ingombro e peso complessivo. I due componenti 21, 22 sono messi in relazione da una flangia di collegamento 23. Each joint 13 includes a gearmotor system 20 composed of an electric motor 21 coupled with a harmonic reducer 22, so as to guarantee limited overall dimensions and weight. The two components 21, 22 are connected by a connection flange 23.

Nella circostanza occorre rilevare come la configurazione del motoriduttore 20 potr? differire da quella mostrata nei disegni, a seconda delle forme realizzative possibili sia del motoriduttore in s?, che del dispositivo indossabile 10. In this circumstance it is necessary to point out how the configuration of the gearmotor 20 can differ from that shown in the drawings, depending on the possible embodiments of both the gearmotor itself and the wearable device 10.

Cos?, ad esempio, si potranno avere varianti del trovato in cui il motore 21 ed il riduttore 22 siano integrati in un unico componente, cos? come pure si potranno avere altre soluzioni in cui il motoriduttore 20 comprenda frizioni o altri meccanismi aggiuntivi per rendere le sue prestazioni pi? adatte al dispositivo indossabile. Thus, for example, it will be possible to have variants of the invention in which the motor 21 and the reducer 22 are integrated into a single component, thus? just as it will be possible to have other solutions in which the gearmotor 20 includes clutches or other additional mechanisms to make its performance more efficient. suitable for the wearable device.

Lo stesso deve dirsi per il motore elettrico 21 che potr? comunque essere di qualunque tipo adatto allo scopo; il riduttore 22 ? preferibilmente meccanico, ad esempio ad ingranaggi epicicloidali o di tipo armonico, ma anche altri sistemi di riduzione adatti allo scopo potranno essere applicati. The same must be said for the electric motor 21 which can? in any case be of any type suitable for the purpose; the reducer 22? preferably mechanical, for example with epicyclic or harmonic gears, but other reduction systems suitable for the purpose can also be applied.

Indipedentemente dalla soluzione elettromeccanica adottata per il motoriduttore 20, ci? che rileva ? che le sue rotazioni siano monitorate; a tal fine, integrato nel motore 21, ? presente un rilevatore di impulsi, tipo encoder 24, che permette di determinare le rotazioni impartite dal motoriduttore 20 rispetto all?asse di rotazione Z del giunto 13. Regardless of the electromechanical solution adopted for the gearmotor 20, there is what does it detect? that its rotations are monitored; to this end, integrated into the engine 21, ? There is a pulse detector, of the encoder 24 type, which allows determining the rotations imparted by the gearmotor 20 with respect to the Z rotation axis of the joint 13.

Al fine di un?integrazione con il supporto di tronco 14 e il supporto di coscia 16, opportune flange 28, 29 di collegamento sono integrate nel giunto 13, in accordo con una sua forma preferenziale di realizzazione. In order to integrate with the trunk support 14 and the thigh support 16, suitable connection flanges 28, 29 are integrated into the joint 13, in accordance with one of its preferential embodiments.

In particolare, la flangia 28 del supporto tronco o busto 14 presenta un foro 30 in cui pu? essere posizionata la barra 15 di collegamento per il supporto tronco 14. Analogamente, l?appendice 35 della flangia 29 collega il giunto 13 al supporto coscia 16. In particular, the flange 28 of the torso or torso support 14 has a hole 30 in which it can be used. the connection bar 15 for the trunk support 14 must be positioned. Similarly, the appendix 35 of the flange 29 connects the joint 13 to the thigh support 16.

La flangia 28, l?elemento 22c (c.d. circular spline) del riduttore armonico e la flangia di collegamento 23 sono tra loro vincolate rigidamente e fissate allo statore del motore 21. Sull?albero del motore ? calettato l?elemento 22a (c.d. wave generator) del riduttore armonico. Infine, l?elemento 22b (c.d. flex spline) del riduttore armonico ? vincolato rigidamente alla flangia 29. La disposizione descritta per motore 21, riduttore armonico 22 e flange 28 e 29 permette di convertire la velocit? di rotazione dell?albero motore in velocit? relativa tra le flange 28 e 29 con un fattore di riduzione pari al rapporto di trasmissione del riduttore. Nell?esempio realizzativo illustrato il rapporto di trasmisisone ? 160:1, potendo assumere indicativamente un valore dello stesso ordine di grandezza. Con lo stesso rapporto di trasmissione, a meno delle perdite per rendimento del riduttore, viene incrementata la coppia generata dal motore in coppia tra le flange 28 e 29. The flange 28, the element 22c (so-called circular spline) of the harmonic reducer and the connecting flange 23 are rigidly connected to each other and fixed to the stator of the motor 21. On the motor shaft ? element 22a (so-called wave generator) of the harmonic reducer is keyed. Finally, element 22b (so-called flex spline) of the harmonic reducer? rigidly constrained to the flange 29. The arrangement described for motor 21, harmonic reducer 22 and flanges 28 and 29 allows the speed to be converted? rotation of the crankshaft at speed? relative between the flanges 28 and 29 with a reduction factor equal to the transmission ratio of the reducer. In the example illustrated, the transmission ratio ? 160:1, being able to assume a value of approximately the same order of magnitude. With the same transmission ratio, minus the efficiency losses of the reducer, the torque generated by the motor in pairs between the flanges 28 and 29 is increased.

Il giunto 13 comprende infine una appendice cilindrica 39 della flangia 29 per il collegamento del giunto con una o pi? piastre 40 di interfaccia con la cintura 12 allacciata in vita da un utilizzatore. L?appendice 39, accoppiata con la piastra 40 attraverso la boccola 32 e la piastrina 36, costituisce un vincolo che permette la rotazione libera del giunto 13 rispetto alla piastra 40 secondo l?asse Z. La piastra 40 ? fissata rigidamente alla cintura pelvica 12. Finally, the joint 13 includes a cylindrical appendage 39 of the flange 29 for connecting the joint with one or more interface plates 40 with the belt 12 fastened at the waist by a user. The appendage 39, coupled with the plate 40 through the bush 32 and the plate 36, constitutes a constraint that allows the free rotation of the joint 13 with respect to the plate 40 along the Z axis. The plate 40 is rigidly fixed to the pelvic belt 12.

Nel giunto 13 sono integrati due sensori angolari 24, 44 per poter misurare opportunamente la cinematica di movimento relativo tra le differenti componenti sopra descritte, in particolare tra la flangia di tronco 28, la flangia di cosce 29 e la piastra di collegamento alla cintura pelvica 40, e differenziare quindi la strategia di movimento dell?utente. Two angular sensors 24, 44 are integrated into the joint 13 to be able to appropriately measure the kinematics of relative movement between the different components described above, in particular between the trunk flange 28, the thigh flange 29 and the plate connecting to the pelvic belt 40 , and therefore differentiate the user's movement strategy.

Il primo sensore 24 ? di preferenza un encoder ottico o magnetico (cio? un rilevatore di impulsi ottici nel caso in cui sia presente una sorgente luminosa, oppure magnetici nel caso in cui siano presenti dei magneti), integrato al sistema di attuazione e monitora l?angolo compreso tra il supporto di tronco 14 ed il supporto di coscia 16. In aggiunta, attraverso tale sensore viene anche monitorata la velocit? angolare di rotazione tra i due supporti. The first sensor 24 ? preferably an optical or magnetic encoder (i.e. a detector of optical pulses in the case in which a light source is present, or magnetic in the case in which magnets are present), integrated into the actuation system and monitors the angle between the trunk support 14 and thigh support 16. In addition, the speed is also monitored through this sensor. rotation angle between the two supports.

Il secondo sensore 44 ? anch?esso preferibilmente un encoder ed ? posizionato fuori asse rispetto al giunto 13; esso monitora l?angolo relativo tra la cintura pelvica 12 ed il supporto di coscia 16. The second sensor 44 ? also preferably an encoder and ? positioned off-axis with respect to joint 13; it monitors the relative angle between the pelvic belt 12 and the thigh support 16.

Per questo motivo il secondo encoder 44 ? posizionato e fissato nella parte posteriore della piastra 40 di collegamento alla cintura pelvica 12. For this reason the second encoder 44 ? positioned and fixed in the rear part of the plate 40 connecting to the pelvic belt 12.

Un opportuno sistema di trasmissione 46, basato su un meccanismo di ruota-folle 45, permette di trasmettere il moto e monitorare correttamente l?angolo in corrispondenza dell?asse Z di rotazione della flangia di coscia 29 rispetto alla piastra 40. A suitable transmission system 46, based on an idle wheel mechanism 45, allows the motion to be transmitted and the angle corresponding to the Z axis of rotation of the thigh flange 29 with respect to the plate 40 to be correctly monitored.

Il rotore 44b dell?encoder, per mezzo della ruota oziosa 45, ? portato in rotazione della flangia 29, mentre lo statore 44a dell?encoder ? fissato ad un supporto esterno cilindrico 47, a sua volta rigidamente collegato alla piastra 40. The encoder rotor 44b, by means of the idle wheel 45, is brought into rotation by the flange 29, while the stator 44a of the encoder is fixed to an external cylindrical support 47, in turn rigidly connected to the plate 40.

Una coppia di cuscinetti a singola corona di sfere ? posizionata tra l?albero dell?encoder e il supporto esterno, per la compensazione di carichi assiali e radiali. A pair of single row ball bearings? positioned between the encoder shaft and the external support, for compensation of axial and radial loads.

La ruota folle 45 ? posizionata tra la ruota motrice costituita dalla flangia 29 e la ruota condotta, solidale al rotore 44b dell?encoder. Sulla ruota folle ? calettato un o-ring al fine di migliorare il contatto con le ruote ed il moto ? trasmesso attraverso forze di contatto. Il rapporto di trasmissione tra flangia 29 e albero encoder 44b risulta 7:1 nell?esempio realizzativo illustrato, potendo assumere indicativamente un valore dello stesso ordine di grandezza (ad esempio nel range 5:1 ? 10:1). The idler wheel 45? positioned between the driving wheel constituted by the flange 29 and the driven wheel, integral with the encoder rotor 44b. On the idler wheel? fitted an o-ring in order to improve contact with the wheels and the motion? transmitted through contact forces. The transmission ratio between flange 29 and encoder shaft 44b is 7:1 in the illustrated embodiment, being able to assume a value of approximately the same order of magnitude (for example in the range 5:1 - 10:1).

In aggiunta, attraverso il sensore 44 viene anche monitorata la velocit? angolare di rotazione tra il supporto di coscia 16 e la cintura pelvica 12. In addition, the speed is also monitored through sensor 44. rotation angle between the thigh support 16 and the pelvic belt 12.

Questa soluzione del giunto permette vantaggi in termini di compattezza e di sicurezza per l?utente. Da un punto di vista funzionale del dispositivo indossabile 1, i dati cinematici rilevati dai due sensori 24 e 44, cio? l?angolo supporto tronco 14 ? supporto cosce 16, l?angolo cintura pelvica 12 ? supporto cosce 16, e la velocit? angolare associata a tali angoli, vengono acquisiti e indirizzati come segnali di ingresso ad una unit? di controllo 50 del dispositivo. Tale unit? di controllo 50 pu? essere posizionata esternamente al dispositivo 1, ad esempio a distanza nell?ambiente dove si trova l?utilizzatore e collegata ad esso tramite connessione wi-fi, cablaggi o altro sistema di telecomunicazioni, oppure indossata dall?utente stesso ad esempio in uno zaino o alloggiata in qualche componente del dispositivo indossabile 1. This joint solution allows advantages in terms of compactness and safety for the user. From a functional point of view of the wearable device 1, the kinematic data detected by the two sensors 24 and 44, that is? the trunk support corner 14 ? thigh support 16, the pelvic girdle angle 12? thigh support 16, and the speed? angle associated with these angles, are acquired and routed as input signals to a unit? control 50 of the device. This unit? control 50 can? be positioned externally to the device 1, for example remotely in the environment where the user is located and connected to it via wi-fi connection, cabling or other telecommunications system, or worn by the user himself, for example in a backpack or housed in some component of the wearable device 1.

E? questo il caso della cintura pelvica 12 che, come visibile in figura 2, ha una configurazione atta ad alloggiare un equipaggiamento elettronico della unit? di controllo. L?unit? di controllo 50 elabora la coppia richiesta per l?assistenza e quindi fornita dal sistema di attuazione con il motoriduttore 20. AND? this is the case of the pelvic belt 12 which, as visible in figure 2, has a configuration suitable for housing the electronic equipment of the unit? control. The unit? control system 50 processes the torque required for assistance and therefore provided by the actuation system with the gearmotor 20.

In accordo con una forma realizzativa preferita, la legge di controllo del funzionamento del giunto 13 si basa sulla definizione e implementazione di mappe di supporto, che garantiscono una differente percentuale di assistenza in base a due elementi principali: i) caratteristiche antropometriche del soggetto (altezza e peso totali, genere, et?, ecc.), ii) strategia di movimento adottata dall?utente (deambulazione, stoop, squat, semisquat, asimmetria, flessione-estensione, ecc.). In accordance with a preferred embodiment, the law controlling the operation of joint 13 is based on the definition and implementation of support maps, which guarantee a different percentage of assistance based on two main elements: i) anthropometric characteristics of the subject (height and total weight, gender, age, etc.), ii) movement strategy adopted by the user (walking, stoop, squat, semi-squat, asymmetry, flexion-extension, etc.).

Inserendo opportunamente i dati del soggetto in fase di vestizione e registrando in tempo reale la variazione della cinematica, il sistema di controllo 50 modula l?assistenza fornita all?utilizzatore. By appropriately entering the data of the subject during the dressing phase and recording the variation in kinematics in real time, the control system 50 modulates the assistance provided to the user.

In accordo con una forma realizzativa preferenziale, a livello delle flange 28, 29 associate ai supporti di tronco 14 e delle cosce 16 sono predisposti dei fine corsa meccanici che arrestano le loro rotazioni angolari intorno all?asse Z del giunto 13, al fine di garantire la sicurezza dell?utente ed evitare che vengano imposte posture scorrette e non fisiologiche. Tali fine corsa, possono essere realizzati con qualunque modo appropriato, ad esempio con spallamenti o denti ricavati sulle flange 28, 29 e/o sulle piastre 40 dove sono installate o altro. In accordance with a preferential embodiment, at the level of the flanges 28, 29 associated with the trunk supports 14 and the legs 16, mechanical limit switches are provided which stop their angular rotations around the Z axis of the joint 13, in order to guarantee the safety of the user and prevent incorrect and non-physiological postures from being imposed. These limit switches can be made in any appropriate way, for example with shoulders or teeth obtained on the flanges 28, 29 and/or on the plates 40 where they are installed or otherwise.

Gli intervalli di movimento delle flange 28, 29 possono essere vantaggiosamente definiti sulla base della biomeccanica dell?articolazione di anca e del rachide. In particolare, con riferimento alla figura 6, la cremagliera 49, fissata alla flangia 29, interagendo con spallamenti ricavati sulla flangia 28 (non visibili in figura), impedisce di preferenza la iperestensione del tronco e l?eccessiva riduzione dell?angolo tra la coscia ed il tronco. Viene invece mantenuta la possibilit? di estensione dell?anca, garantendo trasparenza o neutralit? del dispositivo 10 in caso di deambulazione. The ranges of movement of the flanges 28, 29 can advantageously be defined on the basis of the biomechanics of the hip joint and the spine. In particular, with reference to figure 6, the rack 49, fixed to the flange 29, interacting with shoulders obtained on the flange 28 (not visible in the figure), preferably prevents the hyperextension of the trunk and the excessive reduction of the angle between the thigh and trunk. However, is the possibility maintained? of hip extension, ensuring transparency or neutrality? of the device 10 in case of walking.

Ulteriormente, secondo una soluzione preferenziale, un sistema di arresto (mediante asola e fori o altro) ? previsto a livello della flangia di tronco 28 per consentire un arresto del giunto 13 in una determinata posizione di tronco flesso, cos? da poter mantenere la postura per lunga durata senza necessit? di tenere il motore 21 azionato. Furthermore, according to a preferential solution, a stopping system (via slot and holes or other)? provided at the level of the trunk flange 28 to allow a stop of the joint 13 in a certain flexed trunk position, thus? to be able to maintain the posture for a long time without the need? to keep the engine 21 running.

Infine, preferenzialmente, nel giunto 13 dell?invenzione ? presente anche un fine corsa meccanico a livello della flangia 29 rispetto alla piastra 40, in modo da limitare la rotazione del supporto di coscia 16 oltre angoli fisiologici, migliorando la vestibilit? del giunto 13 senza impedire il movimento dell?utente. Finally, preferentially, in joint 13 of the invention? There is also a mechanical limit switch at the level of the flange 29 with respect to the plate 40, so as to limit the rotation of the thigh support 16 beyond physiological angles, improving the fit. of joint 13 without impeding the user's movement.

I valori di fine corsa possono essere adattati a differenti bisogni e caratteristiche anatomiche e/o antropometriche dell?utente. The end-of-stroke values can be adapted to different needs and anatomical and/or anthropometric characteristics of the user.

Da quanto sinora descritto ? possibile comprendere come il dispositivo a esoscheletro 10 secondo l?invenzione, consenta di risolvere il problema tecnico che ne ? alla base. From what has been described so far? It is possible to understand how the exoskeleton device 10 according to the invention allows the technical problem that arises to be solved? to the base.

Infatti, la possibilit? di misurare almeno due angoli compresi tra i segmenti tronco 14 ? pelvi 12 ? cosce 16, ottenendo il terzo come supplementare della somma dei due angoli misurati, permette da un lato di determinare in tempo reale la postura dell?utilizzatore in funzione delle grandezze degli angoli rilevate, e dall?altro di fornire all?utilizzatore un?assistenza ottimale nei movimenti. In fact, the possibility? to measure at least two angles between the trunk segments 14? pelvis 12? thighs 16, obtaining the third as additional to the sum of the two measured angles, allows on the one hand to determine in real time the user's posture based on the magnitudes of the angles detected, and on the other to provide the user with optimal assistance in movements.

Questo risultato ? conseguito con un unico dispositivo, cio? il giunto 13, disposto su ciascun fianco dell?utilizzatore, che agisce lungo l?asse di piegatura del tronco rispetto alle anche. This result? achieved with a single device, that is? the joint 13, located on each side of the user, which acts along the bending axis of the trunk with respect to the hips.

Valutando la velocit? angolare si pu? differenziare tra la fase di flessione, durante la quale il supporto da parte del giunto 13 deve essere ridotto in modo da non ostacolare l?utente durante il movimento, e la fase di estensione, dove la muscolatura della schiena si attiva per poter sollevare il busto fino a riportarlo in una posizione eretta e il contributo da parte del dispositivo pu? rivelarsi fondamentale. Evaluating the speed? can it be angular? differentiate between the flexion phase, during which the support from joint 13 must be reduced so as not to hinder the user during the movement, and the extension phase, where the back muscles are activated to be able to lift the torso until you bring it back to an upright position and the contribution from the device can? prove fundamental.

Separando il contributo di assistenza in due differenti sistemi di attuazione, grazie al supporto di tronco 14 ed a quelli di cosce 16, ciascuno posizionato in corrispondenza dell?anca dell?utente, vi ? la possibilit? di mantenere indipendenti i due lati destro e sinistro e differenziare l?assistenza anche in caso di asimmetria. By separating the assistance contribution into two different actuation systems, thanks to the trunk support 14 and the thigh supports 16, each positioned at the user's hip, there is the possibility? to keep the two left and right sides independent and differentiate assistance even in the event of asymmetry.

Questi risultati non sono ottenibili dai dispositivi a esoscheletro noti dallo stato della tecnica, in quanto l?attuale uso di masse accelerometriche e/o singolo sensore su asse motore non permette di distinguere le variazioni angolari (incrementi o decrementi) degli angoli tronco-pelvi-cosce dell?utente, con il risultato che l?assistenza fornita ai movimenti risulta poco adatta a differenti strategie di movimento. These results cannot be obtained from exoskeleton devices known from the state of the art, as the current use of accelerometer masses and/or a single sensor on the driving axis does not allow distinguishing the angular variations (increases or decreases) of the trunk-pelvis angles. user?s thighs, with the result that the assistance provided for movements is poorly suited to different movement strategies.

Nella presente invenzione, invece, misurando gli angoli tronco-pelvi-cosce dell?utente con sensori integrati nel giunto, ? possibile elaborare un?azione di supporto fornita dall?esoscheletro differenziata in funzione del tipo di movimento che coinvolge la flesso/estensione del tronco dell?utente. In the present invention, however, by measuring the user's trunk-pelvis-thigh angles with sensors integrated in the joint, it is It is possible to develop a support action provided by the exoskeleton that is differentiated according to the type of movement that involves the flexion/extension of the user's trunk.

Inoltre, valutando le velocit? angolari associate agli angoli tronco-pelvi-cosce si pu? differenziare tra la fase di flessione, durante la quale il supporto da parte del dispositivo deve essere ridotto in modo da non ostacolare l?utente durante il movimento, e la fase di estensione, dove la muscolatura della schiena si attiva per poter sollevare il busto fino a riportarlo in una posizione eretta e il contributo da parte del dispositivo pu? rivelarsi fondamentale. Furthermore, evaluating the speeds? angles associated with the trunk-pelvis-thigh angles can you? differentiate between the flexion phase, during which the support from the device must be reduced so as not to hinder the user during the movement, and the extension phase, where the back muscles are activated to be able to lift the torso up to bring it back to an upright position and the contribution from the device can? prove fundamental.

Ed ancora, separando il contributo di assistenza in due differenti sistemi di attuazione, ciascuno posizionato in corrispondenza delle anche destra e sinistra dell?utente, vi ? la possibilit? di mantenere indipendenti i due lati e differenziare l?assistenza anche in caso di asimmetria. And again, by separating the assistance contribution into two different actuation systems, each positioned in correspondence with the user's left and right hips, there is the possibility? to keep the two sides independent and differentiate assistance even in the event of asymmetry.

Si pu? pertanto affermare che l?insegnamento principale della presente invenzione sia quello di predisporre un sistema di sensorizzazione del giunto 13, per il monitoraggio della cinematica dell?utilizzatore. Can you? therefore state that the main teaching of the present invention is to provide a sensorization system for the joint 13, for monitoring the user's kinematics.

In accordo con la soluzione descritta sopra, tale sistema comprende due differenti sensori angolari: un encoder rotativo 24 integrato nel motore coassiale con il giunto 13 attivo dell?esoscheletro 10 adibito alla registrazione della variazione di angolo e di velocit? angolare compresa tra il busto e le cosce dell?utente; un encoder 44 disallineato con il giunto 13 (rispetto all?asse Z), ma collegato ad esso tramite opportuno sistema di trasmissione 46, in grado di monitorare l?angolo compreso tra la coscia 16 e le pelvi 12 dell?utente. In accordance with the solution described above, this system includes two different angular sensors: a rotary encoder 24 integrated in the coaxial motor with the active joint 13 of the exoskeleton 10 used for recording the variation in angle and speed angular between the user's torso and thighs; an encoder 44 misaligned with the joint 13 (with respect to the Z axis), but connected to it via an appropriate transmission system 46, capable of monitoring the angle between the thigh 16 and the pelvis 12 of the user.

Tramite il monitoraggio di queste grandezze ed un?opportuna legge di controllo implementata, il giunto ? in grado di fornire una coppia di assistenza modulata in base all?antropometria e al coordinamento articolare dell?utilizzatore. Through the monitoring of these quantities and an appropriate control law implemented, the joint is capable of providing a torque of assistance modulated based on the anthropometry and joint coordination of the user.

La soluzione dell?invenzione si differenzia da quelle note basate sull?uso di sensori (encoder, sistemi inerziali, EMG, sensori di forza) ed introduce la possibilit? di differenziare le strategie di moto. The solution of the invention differs from the known ones based on the use of sensors (encoders, inertial systems, EMG, force sensors) and introduces the possibility to differentiate motion strategies.

I principali vantaggi dell?invenzione rispetto alle soluzioni esistenti possono essere cos? riassunti: The main advantages of the invention compared to existing solutions can be as follows: summaries:

? capacit? di riconoscimento dell?effettiva strategia di moto adottata dall?utente (stoop, semisquat, squat, ecc.) tramite un sistema di misura integrato nel giunto attivo dell?esoscheletro; ? capacity? recognition of the actual motion strategy adopted by the user (stoop, semi-squat, squat, etc.) via a measurement system integrated into the active joint of the exoskeleton;

? modulazione del livello di assistenza a supporto del tronco in base all?effettiva strategia di coordinamento articolare adottata dall?utente durante il movimento; ? modulation of the level of assistance to support the trunk based on the actual joint coordination strategy adopted by the user during the movement;

? modulazione del livello di assistenza a supporto del tronco in base all?antropometria ed ai bisogni dell?utilizzatore; ? modulation of the level of assistance to support the trunk based on anthropometry and the user's needs;

? adeguamento della logica di assistenza affinch? questa sia sempre efficace e sia evitata l?applicazione di forze sul corpo di ostacolo al movimento che l?utente vuole compiere; ? adaptation of the assistance logic so that? this is always effective and the application of forces on the body that hinders the movement that the user wants to perform is avoided;

? riconoscimento di eventuali asimmetrie nel gesto di flessione del tronco, differenziando lati destro e sinistro e possibilit? di adeguamento di una logica differenziata di assistenza; ? recognition of any asymmetries in the trunk flexion gesture, differentiating right and left sides and the possibility? of adapting a differentiated assistance logic;

? sistema di sensorizzazione per il controllo dell?esoscheletro completamente integrato nel giunto attivo, con conseguente agevole vestizione da parte dell?utente; ? sensor system for controlling the exoskeleton completely integrated into the active joint, resulting in easy donning by the user;

? integrazione di fine-corsa meccanici nel giunto per limitare gli angoli articolari nei range fisiologici; le posizioni dei fine-corsa vengono variate adeguandole alla strategia di movimento adottata in quel momento dall?utente Le caratteristiche dell?invenzione sinora descritta rientrano nelle rivendicazioni che seguono. ? integration of mechanical limit switches in the joint to limit joint angles within physiological ranges; the positions of the limit switches are varied, adapting them to the movement strategy adopted at that moment by the user. The characteristics of the invention described so far fall within the claims that follow.

Claims

1. Wearable device of the exoskeleton type (10) for assisting in the movements of a user who wears it, comprising at least one trunk support (14) which allows interaction with the torso and/or back of the user, a thigh support (16) which allows interaction with a thigh of the user, a pelvic belt (12) anchorable to the pelvis of the user, at least one joint (13) operator capable of operating the relative rotation between at least the thigh support (16) and the pelvic belt (12) and/or between the trunk support (14) and the pelvic belt (12), around an articulation axis (Z) of the user, characterized by the fact that it includes at least a first and a second angular sensor (24, 44) suitable for detecting at least the angles included between at least two of the trunk support (14), the pelvic belt (12) and the thigh support (16), during use of the device .

2. Device according to claim 1, wherein said angular sensors (24, 44) detect the rotations of respective elements (28, 29) associated with the joint (13).

3. Device according to claim 2, in which said elements associated with the joint (13) include flanges (28, 29) movable in rotation around the articulation axis (Z) and connected respectively to the trunk support (14) and to the thigh support (16).

4. Device according to any one of claims 2 or 3, wherein at least one sensor (44) is active along a direction misaligned from the axis (Z) of articulation of the joint (13).

5. Device according to any one of the previous claims, wherein the angular sensors (24, 44) are of the encoder or similar type.

6. Device according to any of the previous claims, in which the operating joint (13) includes a gearmotor assembly (20, 21, 23) suitable for rotating mechanical parts such as rotors, flanges (28, 29) and the like, connected to the trunk support (14) and to the thigh support (16).

7. Device according to any of the previous claims, characterized by the fact that it includes mechanical limit switches which stop the angular rotations around the Z axis of the joint (13), in order to guarantee the safety of the user and prevent postures from being imposed incorrect or non-physiological.

8. Device according to any of the previous claims, comprising a mechanical stopping system, such as pins, slots and holes or other, to allow a stopping of the joint (13) in a given position of the flexed trunk, so? to be able to maintain the posture for a long time without the need? to keep the motor (21) of the coupling driven.

9. Control method of a wearable device (10) according to any of the previous claims, characterized by detecting the angular rotations of at least two of the trunk support (14), the pelvic belt (12) and the thigh support (16), while using the device.

The control method according to claim 9, comprising a step of obtaining the third angle between the trunk support (14), the pelvic girdle (12) and the thigh support (16), as an additional angle of the sum of the two angles measure yourself.

11. Control method according to claims 9 or 10, including the phases of defining and implementing support maps, which guarantee a different percentage of assistance based on: i) anthropometric characteristics of the subject (total height and weight, gender, age? , etc.) who wears the device (10); ii) movement strategy adopted by the user (walking, stoop, squat, semi-squat, asymmetry, flexion-extension, etc.).

12. A method according to any one of claims 9 to 11, comprising a step of evaluating the speed? of said angular rotations of at least two between the trunk support (14), the pelvic belt (12) and the thigh support (16), to differentiate between the flexion phase and the extension phase in different movement strategies adopted by the user.